Programiranje mikrokontrolera. Mikrokontroleri (tema) mikrocircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja

Organizacija memorijske mikrokontrolera
I / O portovi
Brojači tajmera
Prekida
Analogni digitalni pretvarač
Komunikacijska sučelja
  • Univerzalni sinhroni asinhronski USART primopredajnik

Video kurs za programiranje mikrokontrolera STM32

Mikroprocesorsoftver i kontrolirani uređaj koji provodi postupak obrade digitalnih informacija i kontrolira ih. Mikroprocesor se implementira kao veliki (bis) ili super veliki (SBI) integralni čip. Mikroprocesor vrši ulogu procesora u digitalnim sistemima u različite svrhe.

Glavna karakteristika mikroprocesora je mogućnost programiranja logike rada.

MicroController (MCU) - Mikrocircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja. Tipični mikrokontroler kombinira funkcije procesora i periferni uređajimože sadržavati RAM i ROM. U suštini, to je jednotaktno računalo koji može nastupiti jednostavni zadaci. Upotreba jednog čipa, umjesto čitavog seta, kao u slučaju konvencionalnih procesora koji se koriste u ličnim računalima, značajno smanjuje veličinu, potrošnju energije i troškove uređaja izgrađenih na temelju mikrokontrolera.

Mikroprocesorski sistem (MPS) To je funkcionalno popunjen proizvod koji se sastoji od jednog ili više uređaja, uglavnom mikroprocesora: mikroprocesora i / ili mikrokontrolera.

Mikroprocesorski uređaj (MPU) je funkcionalan i konstruktivan dovršen proizvod koji se sastoji od nekoliko mikro-mikrokida, koji uključuje mikroprocesor; Namijenjen je izvršavanju određenog skupa funkcija: prijem, obrade, prijenosa, pretvorbe i kontrolu informacija.

Glavne prednosti mikroprocesorskih sistema U odnosu na digitalne sisteme na "tvrdi logici".

  • Višenamjenstvo: velika količina Funkcije se mogu implementirati u jednoj bazi podataka.
  • Fleksibilnost: Mogućnost korekcije i izmjene mikroprocesorskog programa za implementaciju različiti režimi Sistemski radovi.
  • Kompaktnost: minijaturne dimenzije čipa i smanjuju svoju količinu u usporedbi s implementacijom na "krutu logiku" omogućavaju vam da smanjite dimenzije uređaja.
  • Povećani imunitet buke: Manje vezivnog provodnika doprinosi poboljšanju pouzdanosti uređaja.
  • Performanse: Sposobnost primene velikih operativnih frekvencija i složenijih algoritama za obradu informacija.
  • Zaštita informacija: Sposobnost zaštite mikroprocesorski program od čitanja omogućava vam zaštitu programera za autorska prava.

Iako je mikroprocesor univerzalno sredstvo za preradu digitalne informacije, međutim, zasebne aplikacije zahtijevaju provedbu određenih specifičnih varijanti njihove strukture i arhitekture. Stoga se dva klasa dodjeljuju funkcionalnim znakom: mikroprocesori opća svrha i specijalizovani mikroprocesori. Među specijalizovanim mikroprocesorima, mikrokontroleri su bili najčešće raspoređeni, namijenjeni izvršavanju kontrolnih funkcija različitih objekata i digitalnih procesora signala (DSP - digitalni signalni procesor), koji su fokusirani na provedbu postupaka koji pružaju potrebnu pretvorbu analogni signalipredstavljen u digitalnom obliku.

Nepotpuna lista perifernih uređaja, koja može biti prisutna u mikrokontrolerima, uključuje:

  • različita I / O sučelja, poput UART, i²5, SPI, mogu, USB, Ethernet;
  • analogni digitalni i digitalni analogni pretvarači;
  • uporednici;
  • latitularni i pulsni modulatori;
  • brojači tajmera;
  • generator frekvencije sata;
  • kontrolori zaslona i tastature;
  • integrisane leblice flash memorije.

Ideja o stavljanju na jedan kristal mikroprocesora i perifernih uređaja pripada inženjerima M. Kochen i G. Bun, Texas Instruments zaposlenicima. Prvi mikrokontroler bio je 4-bitni TMS1000 iz Teksaških instrumenata, koji su sadržavali RAM (32 bajta), ROM (1 KB), sat i podrška za I / O. Objavljeno 1972. godine, imao je novi način dodavanja novih uputa za dodavanje novih uputa.

1976. (5 godina nakon stvaranja prvog mikroprocesora) pojavio se prvi mikrokontroler intel, Pored središnjeg procesora bilo je 1 kilobajta memorijskih memorijskih programa, 64 bajtova memorije podataka, dva osam-bitna tajmer, generator sata i 27 I / O portova. Mikrokontroleri porodice 8048 korišteni su u prefiksima konzola za konzolu Console Magnavox Odisey Console, u prvim IBM PC tastaturama i u velikom broju drugih uređaja.

Danas među veliki proizvođači Mikrokontroleri trebaju spomenuti Atmel, Microchip, St Microelectronics, Texas Instruments, Freescale poluvodič, NXP itd.

Mikrokontroler - Ovo je poseban mikrocircuit dizajniran za kontrolu različitih elektroničkih uređaja. Mikrokontroleri se prvi put pojavili u istoj godini kao i ukupni mikroprocesori (1971).

Programeri mikrokontrolera su smislili duhovit idej - kombinirajte procesor, memoriju, rom i periferiju unutar jedne futrole, izvana slične uobičajenom čipu. Od tada, proizvodnja mikrokontrolera svake godine ima mnogo puta veće od proizvodnje procesora, a potreba za njima se ne smanjuju.

Mikrokontroleri proizvode desetine kompanija, a ne samo moderne 32-bitne mikrokontrolere, već i 16, pa čak i 8-bitni (kao i8051 i analogne). Unutar svake porodice često možete pronaći gotovo iste modele koji se razlikuju brzinom CPU-a i količini memorije.

Mikrokontroleri, u pravilu ne rade sami, ali je besprijekoran, gdje su, osim toga, ekrani, ulazi tastature, različiti senzori itd.

Softver za mikrokontroler može privući pažnju onih koji vole "loviti bitove", kao što je obično memorija u mikrokontrolerima od 2 do 128 Kb. Ako manje, onda pišite na anteneru ili forte, ako postoji prilika, koristite posebne verzije Beysika, Pascala, ali uglavnom - si. Prije nego što sam na kraju programirao mikrokontroler, on se testira u emulatorima - softveru ili hardveru.

Može li se pojaviti pitanje: mikroprocesor i mikrokontroler samo je drugačije ime istog uređaja ili je li sve iste različite stvari?

Mikroprocesor Ovo je centralni uređaj bilo kojeg računara, izrađen integriranom tehnologijom. Sam ime sugerira da su to računski procesi koji se javljaju. Da bi se računalo iz njega, čak i ako ne i ne modernim i moćnim (zapamtite amaterske strukture radija 86 ili Sinclair), mora ga dopuniti vanjskim uređajima. Prije svega, ovo je RAM i portovi za unos rezultata informacija.

MicroController ima procesor, RAM memoriju, a osim toga, cijeli skup perifernih uređaja koji pretvori procesor u potpuno opremljeni računar. Prema staroj terminologiji sovjetskog vremena, takvi su uređaji nazivali jednokristalno mikro računar. Ali sovjetska tehnika računarstva, kao što znate, ušli su u mrtvu kraju i s tim i omev.

Tehnika prekomorske računarske tehnike nije mirno stajala, tako da su Omes postali poznati kao kontroleri (s engleskog jezika. Kontrola - upravljanje, kontrola). I u stvari, kontrolori su se pokazali vrlo pogodnim za upravljanje različitim tehnikama, čak ni vrlo teškim.

Mikrokontroler više nije procesor, ali ne i računar.

Centralni procesor koji postoji u svakom računalu je glavni kalkulator. Iako računar nije namijenjen isključivo računarskom opterećenju, procesor je u njemu po glavi elementu. Ali ne samo računar ima procesor.

Ako razmišljate o i pogledate, možete pronaći da se procesori koriste u većini domaćih aparata. Samo u računaru ne postoje takvi procesori, već mikroprocesori, pa čak i mikrokontrolerima.

Pa šta je mikrokontroler i ono što se razlikuje od stvarnog procesora ili su potpuno različite elektroničke komponente?

Veliki integrirani čipovi ili čips sa velikim stepenom integracije i procesora. Mikroprocesori su u osnovi isti procesori, ali zbog prefiksa "Micro" određuju njihovu suštinu da su minijaturni od svog "velikog" momka. U istorijskom vremenu procesor sa njegovom veličinom mogao bi uzeti nijednu sobu, pogodan je da ih pozove kao izumrle dinosauruse makroprocesorima, tako da su nekako pojednostavljeni u modernoj konceptu elektronike.

Smanjen u dimenzijama i raspoređeni procesor uzima manje prostora i može se postaviti u kompaktniji proizvod, ovo je mikroprocesor. Ali sam procesor je malo sposoban za obavljanje, osim podataka da se proslijedi između registara i obavljaju neke aritmetičke i logičke akcije na njima.

Da bi mikroprocesor pošalio podatke u memoriju, ovo memorija mora biti prisutno bilo na samom kristalu, na kojem se nalazi i sam element procesora ili se poveže sa vanjskim RAM-om napravljenim kao zasebni kristal ili modul.

Pored memorije, procesor mora komunicirati s vanjskim uređajima - periferija. Inače, u kojoj se naknadu može očekivati \u200b\u200bod rada procesora, miješanja i premještanja podataka i ovdje. Značenje se događa kada procesor komunicira s I / O uređajima. Računar ima tastaturu, manipulator miša i uređaje za prikaz kao prikaz, opcionalno štampač i, na primjer, ponovo skener za unos podataka.

Za kontrolu I / O uređaja, odgovarajuće spremne sheme i elemente su sigurno potrebni. Na osnovu njih implementirano sučelje takozvani hardver. Metode za interakciju sa elementima sučelja uključuju prisustvo I / O portova, adrese dekodera i formacije guma sa spremnicima za povećanje opterećenja mikroprocesora.

Integriranje procesora sa svim potrebnim dodatnim elementima kako bi ovaj proizvod izlijevao u neke završene konstruktivne i dovodi do formiranja mikrokontrolera. Mikrocircuit ili mikrokontroler čip provodi procesor i sučelje krugove na jednom kristalu.

Samodovoljni čip koji sadrži gotovo sve je dovoljno za izgradnju kompletnog proizvoda i postoji primjer tipičnog mikrokontrolera. Na primjer, elektronički sat za zglob ili budilica imaju unutar mikrokontrolera koji implementira sve funkcije takvog uređaja. Odvojeni periferni uređaji povezani su direktno na noge mikrokontrolera, ili dodatni elementi ili mikrocirciti dijele se s malom ili srednjom integracijom.

Mikrokontroleri se široko koriste u proizvodima koji sadrže cijeli sustav u potpunosti u jednoj minorijskom mikrocircuitu, koji se često nazivaju mikrositom. Na primjer, kreditna kartica "Chip" sadrži mikrokontroler u plastičnoj osnovi. Također u sebi sadrži mikrokontroler. I primjeri upotrebe i upotrebe mikrokontrolera tako su opsežni u modernom svijetu, što je lako otkriti prisustvo kontrolera u bilo kojem malom inteligentnom uređaju iz dječjih igračaka bežične slušalice Mobitel.

Mislite i na našoj web stranici:

Vidi i na ovim tematskim obrazovnim video kursevima Selivanov Makchima:

Pilići za one koji su već upoznati sa osnovama elektronike i programiranja, koji znaju prikupljanje osnovnih elektroničkih komponenti jednostavne šeme, Znam kako zadržati lemljenje i želi ići na kvalitativno novi nivo, ali stalno odlaže ovu tranziciju zbog poteškoća u razvoju novog materijala.

Tečaj je divan i oni koji su tek nedavno poduzeli prve pokušaje proučavanja programiranja mikrokontrolera, ali već je spremno napustiti sve od onoga što ne radi ili ne radi, ali ne kao što mu treba (poznati?!

Tečaj će biti koristan i oni koji već prikupljaju jednostavne (i ne mogu baš) sheme na mikrokontrolerima, ali slabo razumije suštinu kako mikrovalorler radi i kako interakcija s vanjskim uređajima.

Kurs je posvećen obuci za programiranje mikrokontrolera na jeziku SI. Razlikovna karakteristika kursa je studija jezika na vrlo dubokom nivou. Trening se javlja na primjeru AVR mikrokontrolera. Ali, u principu bit će pogodan za one koji koriste druge mikrokontrolere.

Kurs je dizajniran za pripremljeni slušatelj. Odnosno, osnovne osnove računarske nauke i elektronike i mikrokontrolera ne uzimaju se u obzir. Ali bilo bi potrebno savladati tečaj trebati minimalno znanje o programiranju AVR mikrokontrolera na bilo kojem jeziku. Poznavanje elektronike je poželjno, ali ne obavezno.

Kurs je idealan za one koji su tek počeli da studiraju aVR programiranje Mikrokontroleri na jeziku C i želi produbiti svoje znanje. Pa odgovara onima koji znaju kako programirati mikrokontrolere na drugim jezicima. I još uvijek je pogodan za obične programere koji žele produbiti znanje na jeziku C.

Ovaj kurs za one koji ne žele ograničiti u njihov razvoj jednostavnih ili gotovih primjera. Kurs je savršen za one koji su važni za stvaranje zanimljivih uređaja s potpunim razumijevanjem kako rade. Kurs je dobro prilagođen za one koji su već upoznati sa programiranjem mikrokontrolera na jeziku SI i onima koji su ih dugo programirali.

Tok tečaja je prije svega fokusiran na praksu upotrebe. Sljedeće teme se razmatraju: radiofrekventna identifikacija, reprodukcija zvuka, bežična razmjena podataka, rad s bojama TFT ekrana, ekran na dodir, radite sa sistem podataka FAT SD kartica.

Na 70-ima 20. stoljeća naučnici su iznijeli revolucionarnu ideju o stvaranju mikroprocesora, "razumevanja" samo minimalni mogući broj timova.

Plan RISC procesora (Smanjeno računalo za upute, računar sa smanjenim setom timova) rođen je kao rezultat praktičnog istraživanja frekvencije korištenja timova od strane programera koji su provedeni u 70-ima u Sjedinjenim Državama i Engleskoj. Njihov direktan ishod je poznato "pravilo 80/20": u 80% tipičnog koda aplikacije, koristi se samo 20% najjednostavnijih strojnih naredbi iz cijelog dostupnog skupa.

Prvi "pravi" RISC procesor sa 31 ekipe stvoren je pod vodstvom Davida Pattersona sa Univerziteta u Berkeleyu, a zatim je pratio procesor sa skupom 39 timova. Uključili su 20-50 hiljada tranzistora. Pattersonovo voće koristilo je kompaniju Sun Microsystems, koja je razvila Sparc Architecture sa 75 timova u kasnim 70-ima. 1981. godine, počeo je projekt MIPS-a za izdanje RISC procesora sa 39 timova na Univerzitetu Stanford. Kao rezultat toga, Mips Computer Corporation osnovana je sredinom 1980-ih, a sljedeći procesor izgrađen je sa 74 tima.

Prema neovisnom IDC kompaniji, 1992., Arhitektura SPARC-a zauzela je 56% tržišta, a zatim slijedila mipa - 15% i PA-RISC - 12,2%

Otprilike u isto vrijeme, Intel je razvio seriju od 80386, najnovije "istinite" CISC procesore u porodici IA-32. Posljednji put poboljšanje performansi postignuto je samo komplicirajućim procesorom: Od 16-bitnog pretvorenog u 32-bitnu, dodatne hardverske komponente podržane virtualno memorije, a dodani su virtualna memorija, a dodani su virtualnu memoriju, a dodata su virtualna memorija, a dodani su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodan je niz novih naredbi.

Glavne karakteristike RISC procesora:

Skraćeni skup naredbi (od 80 do 150 naredbi).

Većina timova se izvodi za 1 takt.

Veliki broj registara opšte namjene.

Prisutnost krutih višestepenih transportera.

Sve naredbe imaju jednostavan format, a koristi se nekoliko metoda adresiranja.

Prisutnost prometne odvojene predmemorije.

Upotreba optimizacije prevoditelja koja analizira izvorni kod i djelomično mijenja redoslijed naredbi.

RISC procesori treće generacije

Najveći programeri RISC procesora smatraju se suncem mikrosistemima (SPARC arhitektura - Ultra Sparc), IBM (Power Multi-Chisty procesori, jednokratni Powerpc - PowerPC 620), digitalna oprema (Alpha - Alpha 21164), Mips Technologies (RXX00 - R 100.000 Porodica), kao i Hewlett-Packard (PA-RISC - PA-8000 arhitektura).

Svi RISC procesori treće generacije:

su 64-bitni i supercaling (ne manje od 4 ekipe po taktu);

imaju ugrađene transportne blokove plutajuće aritmetike;

imaju memoriju predmemorije s više nivoa. Većina RISC procesora predmemoriraju pred-dekodirane naredbe;

proizvode se u CMOS tehnologiji sa 4 sloja metalizacije.

Za obradu podataka primjenjuje se algoritam za dinamičko predviđanje podružnica i metodu preraspodjele registara, što vam omogućava da implementirate izvanredno izvršavanje naredbi.

Povećanje performansi RISC procesora postiže se povećanjem frekvencije sata i komplikacija kristalne sheme. Predstavnici prvog pravca su alfa procesori kompanije Dec, najteže ostaje Hewlett-Packard procesori.

Smanjenje skupa strojnih naredbi u arhitekturi RISC-a omogućilo je postavljanje velikog broja registara opće namjene na Computing Core Crystal. Povećanje broja registara opšte namjene omogućilo je minimiziranje pristupa spore RAM-u, napuštajući RAM-u da radi sa RAM-om samo za čitanje podataka iz RAM-a u Registriranje i bilježenje podataka u registru koriste se sve ostale strojne komande Namjenski registri.

Glavne prednosti RISC arhitekture su sljedeća svojstva:

Veliki broj registra opće namjene.

Univerzalni format svih mikroeracija.

Jednako vrijeme za obavljanje svih strojnih naredbi.

Gotovo sve transakcije prijenosa podataka vrše se u registru rute - Registrujte se.

Jednostavno vrijeme izvršenja svih strojnih naredbi omogućava vam obradu protoka naredbi upute na principu transportera, I.E. Izvodi se sinhronizacija hardverskih dijelova, uzimajući u obzir sekvencijalni prijenos kontrole iz jednog hardverskog bloka u drugi.

Hardverski blokovi u arhitekturi RISC-a:

Jedinica za učitavanje uputstva uključuje sljedeće komponente: Uputstvo za upute iz memorije upute, registar uputstava, gdje se uputa postavlja nakon njegovog uzorka i jedinice za dekodiranje instrukcija. Ova faza se naziva faza uzorkovanja pouke.

Registri opće namjene u kombinaciji sa kontrolnim blokovima registra formiraju drugu fazu transportera koji je odgovoran za čitanje operanda s uputama. Operandi se mogu pohraniti u samom uputama ili u jednom od registarskih namena. Ova faza se naziva korak uzorkovanja operanda.

Aritmetički logički uređaj i, ako se ova arhitektura provodi, baterija, zajedno sa kontrolnom logikom, koja se na temelju sadržaja registra upute određuje vrstu mikro-rada. Izvor podataka Pored registra upute mogu biti naredbeni brojač, prilikom obavljanja uslovne ili bezuvjetne prijelazne mikro operacije. Ova faza se naziva izvršna faza transportera.

Set registara opće namjene, evidencija logika, a ponekad iz RAM-a čine nivo za pohranu podataka. U ovoj fazi rezultati uputstava zabilježeni su u registrima opće namjene ili u glavnoj memoriji.

Međutim, po vremenu razvoja arhitekture RISC-a, Intel X86 arhitekture, napravljena na principu CISC arhitekture, bio je industrijski standard mikroprocesora de facto. Prisutnost velikog broja programa napisanih pod arhitekturom Intel X86 učinila je nemogući ogromni računalni prijelaz na RISC arhitekturu. Iz tog razloga, glavno područje korištenja arhitekture RISC-a bilo je mikrokontrolera, zbog činjenice da nisu bili vezani za postojeći softver. Pored toga, neki proizvođači EMM-a koji je vodio IBM počeli su proizvoditi i računare izgrađene od strane RISC arhitekture, međutim, nekompatibilnost softvera između Intel X86 i RISC arhitekture u velikoj mjeri ograničila je širenje potonjeg.

Međutim, prednosti RISC arhitekture bile su toliko značajne da su inženjeri pronašli način da odlaze u kalkulatore koje je napravila RISC arhitektura, a ne odbijajući da postoji softver. Kernel najmoderniji mikroprocesori koji podržavaju Intel X86 arhitekturu izrađuje RISC arhitektura uz podršku za preradu multicarone transporte. Mikroprocesor prima upute u ulazu Intel X86, zamjenjujući ga s nekoliko (do 4) uputstava RISC-a.

Dakle, jezgra najmodernijih mikroprocesora koji počinju sa Intel 486DX, izrađuje RISC arhitektura uz podršku za vanjsko Intel X86 sučelje. Pored toga, ogromna većina mikrokontrolera, kao i neki mikroprocesori proizvodi arhitektura RISC.

U modernom RISC procesoru ne koristi se manje od 32 registra, često

više od 100, dok u klasičnom TSMM-u obično 8-16 generalnih registara

odredište. Kao rezultat toga, procesor iznosi 20% -30% manje se odnosi na

rAM, koji je takođe povećao brzinu obrade podataka. Osim toga

ići veliki broj Registri pojednostavljuju rad prevodilaca na distribuciju registara pod varijablama. Topologija procesora izvedenog u obliku jednog integriranog kruga bila je pojednostavljena, smanjena je vremena njegovog razvoja, postala je jeftinija.

Nakon pojave RISC procesora, primili su tradicionalni procesori

oznaka CISC-a - odnosno sa kompletnim setom naredbi (kompletni instrukcija postavlja računar).

Trenutno su RISC procesori bili rasprostranjeni. Moderni RISC procesori su karakterizirani

sljedeći:

pojednostavljeni skup timova;

koriste se naredbe fiksne i fiksne formata,

jednostavni načini za adresu, što vam omogućava pojednostavljenje logike naredbi dekodiranja;

većina naredbi se izvodi za jedan ciklus procesora;

logično izvršavanje naredbi kako bi se povećala produktivnost

fokusiran na hardver, a ne na implementaciju firmvera,

ne postoje makro makro, komplicira strukturu procesora i

smanjena brzina svog rada;

rAM je ograničen na operacije

prijenos podataka;

za obradu, u pravilu su to koriste timovi s tri zvjezdice

pored pojednostavljenja dešifriranja omogućava da se održava više

broj varijabli u registrima bez njihovog sljedećeg ponovnog pokretanja;

stvorio transporter naredbi, koji omogućava da obradi nekoliko njih

istovremeno;

prisutnost velikog broja registara;

koristila se u velikoj brzini memorije.

U RISC procesorima, obrada naredbe mašine podijeljena je u

nekoliko koraka, svaka faza služi pojedinim hardverom

sredstva i organizirani prijenos podataka iz jedne faze do sljedeće.

Ova produktivnost se povećava zbog činjenice da se ujedno ujedno nekoliko naredbi izvode na različitim fazama transportera.

Izvršenje tipičnog tima može se podijeliti u sljedeće korake:

uzorkovanje ako - na adresi navedenu od strane naredbenog metra, naredba se preuzima iz memorije;

3) izvršenje bivšeg rada, ako je potrebno da se odnosi na memoriju - izračunavanje fizičke adrese;

4) apel za mene Memori;

5) Sjećanje na rezultate WB

U prerađivačima s RISC arhitekturom, skup izvršnih naredbi svodi se na minimum. Da biste implementirali složenije operacije, morate kombinirati naredbe. U ovom slučaju sve naredbe imaju fiksni oblik duljine (na primjer, 12, 14 ili 16 bita), odabir naredbe iz memorije i njegovog izvršenja vrši se u jednom ciklusu (taktom) sinhronizacije. Komandni sistem RISC procesora uključuje mogućnost jednake upotrebe svih registara procesora. To pruža dodatnu fleksibilnost u obavljanju više operacija. MK sa RISC procesorom uključuje AVR AVR AVR, MK PIC16 i PIC17 firme mikročipa i drugih.

Na prvi pogled, MK s RISC procesorom trebao bi imati veće performanse u odnosu na CISC MK s istim frekvencijom sata unutarnjeg autoputa. Međutim, u praksi je pitanje učinka složenije i dvosmisleno.

Sl.2

Harvard Arhitektura gotovo se ne koristi do kraja 70-ih, dok proizvođači MK nisu razumjeli da određene prednosti daje programerima autonomni sistemi Kontrola.

Činjenica je da sudeći po iskustvu korištenja zastupnika za upravljanje različitim objektima, za provedbu većine algoritama za kontrolu takve prednosti pozadine-nimanovske arhitekture kao fleksibilnosti i svestranosti nisu važna. Analiza pravi programi Uprava je pokazala da je potrebna količina MK-ovog memorije podataka koja se koristi za skladištenje intermedijarnih rezultata obično je redoslijed veličine manji od potrebne programske memorije. Pod ovim uvjetima, upotreba jedinstvenog adresnog prostora dovela je do povećanja formata naredbi povećanjem broja ispuštanja za rješavanje operabinama. Upotreba zasebnih malih podataka preko jačine zvuka podataka doprinijela je smanjenju duljine naredbe i ubrzati pretraživanje informacija u memoriji podataka.

Pored toga, Harvard Architecture pruža potencijalno više velika brzina Provedba programa u odnosu na pozadinu Neumanovskaya zbog mogućnosti provedbe paralelnih operacija. Odabir sljedeće naredbe može se pojaviti istovremeno s prethodnim, a ne treba zaustaviti procesor u vrijeme uzorkovanja naredbi. Ova metoda implementacije operacija omogućava osiguranje izvršenja različitih naredbi za isti broj satova, što omogućava lako određivanje vremena izvršenja ciklusa i kritičnih odjeljaka programa.

Većina proizvođača moderne 8-bitne MK koristi Harvard Architecture. Međutim, Harvard Architecture nije dovoljno fleksibilan za implementaciju nekih programskih postupaka. Stoga bi trebalo izvršiti usporedbu MK-a, izrađene u skladu s različitim arhitekture, u odnosu na određenu primjenu.

Dobar dan Dragi radio Amateri!
Pozdrav vama na stranici ""

Mikrokontroleri

Mikrokontroler (Micro kontroler jedinica, MCU) - mikrocircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja (Vidi Sl. 1A). Tipični mikrokontroler kombinira funkcije procesora i perifernih uređaja, sadrži Oz (Operativni uređaj za pohranu) ili ROM. (Konstantni uređaj za pohranu). U suštini, ovo je mali računar koji može obavljati određene zadatke.

Upotreba "moćnog" računarskog uređaja u modernom mikrokontroleru, izgrađen na jednom čipu umjesto čitavog seta, značajno smanjuje veličinu, potrošnju energije i troškove instrumenata stvorenih na njenoj bazi. Mikrokontroleri se mogu naći u gotovo bilo kojem modernoj elektroničkom uređaju: mobilni telefoni, Foto i video kamere, kalkulatori, sati, televizori, medijski igrači, računari, industrijska, automobilska, vojna oprema, pa čak i električne kvote.

Do danas postoji veliki broj mikrokontrolera različite vrste. Programeri imaju popularnost mikrokontroleri RS Microchip tehnologija, kao i AVR i ARM. Atmel Corporation. Da biste prisilili mikrokontroler da izvrši zadatke, mora se programirati pomoću određenog programa. Obično je priključen na koncept i sadrži u datoteci sa produžetkom. Hex. Češće se ovaj program naziva "firmware" (firmver). Različiti mikrokontroleri su napisani različiti firmver. Svaki firmver sadrži šifre strojeva koji razumiju mikrokontroler. Ali teško je osobama sjetiti usklađenosti menadžera i strojnih kodova. Stoga je program prvi napisan sa nekim jezikomprogramiranje (sastavljanje, c), a zatim se prebacuje u kodove uređaja kontrolera pomoću prevoditelja.

Postoji i poseban softver za pisanje programa. Na primjer, Winavr se koristi za razvoj AVR firmware-a, koji ima sve potrebne alate: prevoditelj (za jezike C i C i C i C i C i C i C ++), programer, pogrežniku, urednik itd. Vinavr se široko koristi u cijelom svijetu, i ljubavnici i profesionalci. Da biste kreirali firmver pic mikrokontrolera, možete koristiti CCS PCWHD (PIC sa prevoditeljem) - C Compiler S. Isti kao prethodni softver sadrži sve što trebate programirati mikrokontrolere.
Da bi se "Flash" mikrokontroler potreban, potreban je programer (vidi Sl. 16). To je softver i hardverski kompleks koji se sastoji direktno s uređaja koji povezuje mikrokontroler sa računarom i program koji kontrolira ovaj uređaj. Programer ulazi u program pripremljen za mikrokontroler u njegovom pamćenju. Programer se može kupiti ili sakupljati.

Postoje zasebni programeri za razne vrste mikrokontrolera, kao i univerzalnog, koji su sposobni treptati većinu tih čipova. Jedna od minuti zadnjeg programera je visoka cijena.

Klasifikacija i struktura mikrokontrolera. Struktura mikrokontrolerskog procesora jezgre, glavne karakteristike njegovih performansi. Arhitektura modula procesora, veličine i vrste integrirane memorije, skup perifernih uređaja, vrsta kućišta.

Pošaljite svoj dobar rad u bazi znanja je jednostavan. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomirani studenti, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u studiranju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

  • Uvođenje
    • 2. Specijalni deo
    • 2.2 RISC arhitektura.
    • 2.3 MicroController S.RISC arhitektura
    • Zaključak

Uvođenje

MicroController (MCU) je mikrokircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja. Tipični mikrokontroler kombinira funkcije procesora i perifernih uređaja, mogu sadržavati RAM i ROM. U suštini, ovo je jedno-čip računar koji može obavljati jednostavne zadatke. Upotreba jednog čipa, umjesto čitavog seta, kao u slučaju konvencionalnih procesora koji se koriste u ličnim računalima, značajno smanjuje veličinu, potrošnju energije i troškove uređaja izgrađenih na temelju mikrokontrolera. Mikrokontroleri su osnova za izgradnju ugrađenih sistema, mogu se naći u mnogim modernim uređajima, poput telefona, perilice rublja itd. Izraz "mikrokontroler" (MK) raselio je prethodno korišten pojam "Micro-Computer" s jednim repom "iz potrošnje. Prvi patent za jedno-čip mikro računar izdan je 1971. godine inženjeri M. Kochen i G. Bun, Texas Instruments zaposlenici. Oni su oni koji su ponudili na jednom kristalu ne samo mikroprocesoru, već i memoriju, I / O uređajima. Sa pojavom Micro računara sa jednim čipom, era automatizacije računara u polju upravljanja je obvezujuća. Očigledno, ova okolnost i odredio izraz "mikrokontroler" (kontrola - kontrola). 1979. Nii TT razvio je jednokratni 16-bitni računar K1801V1, čiji je arhitektura zvala "NC Electronics". 1980. Intel proizvodi i8048 mikrokontroler. Nešto kasnije, Iste godine Intel proizvodi sljedeći mikrokontroler: I8051. Uspješan set perifernih uređaja, mogućnost fleksibilnog izbora vanjske ili interne softverske memorije i prihvatljiva cijena Pod uvjetom da ovaj mikrokontroler uspjeh na tržištu. Sa stanovišta tehnologije, mikrokontroler I8051 bio je vrlo složen proizvod za svoje vrijeme - u kristalu je korišteno 128 hiljada tranzistora, što je 4 puta premašilo broj tranzistora u 16-bitnom mikroprocesoru I8086.

1. Opći dio

1.1 Klasifikacija i struktura mikrokontrolera

Trenutno se proizvode niz vrsta MK. Svi ovi uređaji mogu se podijeliti u tri glavna klasa:

8-bitni MK za ugrađene aplikacije;

16 - i 32-bitni MK;

digitalni procesori signala (DSP).

Najčešći predstavnik porodice MK-a je 8-bitni uređaji koji se široko koriste u industriji, domaćinstvu i kompjuterski tehničar. Oni su u svom razvoju prošli put sa najjednostavnijih uređaja s relativno nerazvijenom periferijom modernim multifunkcionalnim kontrolorima koji osiguravaju implementaciju složenih algoritama kontrole u stvarnom vremenu. Uzrok održivosti 8-bitnog MK-a je da ih koristi za upravljanje stvarnim objektima, koji se uglavnom koriste, algoritmi s prevladavanjem logičke operacije, Stopa prerade u kojoj je praktično neovisna o prorezivanju.

Povećanje popularnosti 8-bitnog MK doprinosi kontinuiranom širenju asortimana proizvoda koje proizvode tako poznate firme kao Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel i mnogi drugi. Moderan 8-bitni MK u pravilu posjeduju brojne karakteristike. Navodimo glavne:

modularna organizacija u kojoj se broj (linija) MK-a razlikuje na osnovu jedne procesore kernela (centralnog procesora) u količini podataka o podacima, skupu perifernih modula, frekvencije sinhronizacije;

upotreba zatvorene arhitekture MK, koju karakterizira nedostatak linija adresa i podataka o rezultatima MK kućišta. Dakle, MK je kompletan sistem obrade podataka koji povećava mogućnosti od kojih se mogu koristiti paralelne autoceste adrese i podataka;

korištenje tipičnih funkcionalnih perifernih modula (tajmeri, procesori događaja, kontroleri serijskih sučelja, analogni digitalni pretvarači itd.), Koji imaju manje razlike u radnim algoritmima u MK raznim proizvođačima;

proširenje broja operativnih načina perifernih modula, koji su navedeni u procesu inicijalizacije registara posebnih funkcija MK.

Sa modularnim principom izgradnje, svi MK jedne porodice sadrže procesorsku jezgru, isto za sve MK ove porodice, te varijabilni blok funkcije koji razlikuje MK različitih modela. Kernel procesora uključuje: cPU; Interni kontroler (VKM) kao dio gume adrese, podataka i kontrole; Shema sinhronizacije MK; MK operativni režimi upravljanja, uključujući podršku za niske režime snage, početno pokretanje (resetiranje) itd.

Funkcionalni blok koji se mijenja uključuje memorijske module različitih vrsta i zapremine, I / O portovi, moduli generatora sata (G), tajmeri. U relativno jednostavnom MK modul za rukovanje prekidom dio je procesorskog jezgre. U složenijem MK-u je zaseban modul sa naprednim funkcijama. Blok varijabilnog funkcije može uključivati \u200b\u200btakve dodatne module kao kompare za naponu, analogni digitalni pretvarači (ADCS) i drugi. Svaki je modul dizajniran za rad u sklopu MC-a, uzimajući u obzir VKM protokol. Ovaj pristup Omogućuje vam stvaranje različitih mc struktura unutar jedne porodice.

1.2 Struktura mikrokontroler procesora kernela

Glavne karakteristike koje određuju performanse Kernela MK procesora su:

skup registara za skladištenje srednjih podataka;

sistem komandnih procesora;

metode za rješavanje operanda u memorijskom prostoru;

organizacija uzorkovanja i izvršenja tima.

Sa stajališta sistema naredbi i metoda rješavanja operanda, jezgra procesora modernog 8-bitnog MK provodi jedan od dva principa građevinskih procesora:

procesori CISC-arhitekture koji implementiraju takozvani kompletni komandni sustav (komplicirano postavljeno računalo);

procesori RISC-arhitekture koji implementiraju smanjeni komandni sistem (smanjena uputstva postavljena računar).

CISC procesori obavljaju veliki skup timova sa naprednim mogućnostima obraćanja, dajući programeru mogućnost odabira najprikladnije naredbe za izvođenje potrebne operacije. Primjenjuju se na 8-bitni MC, procesor sa CISC arhitekturom može imati jedno-bajt, dvobrani i tri bicikl (rijetki četvero-pass) naredbeni format. Vrijeme izvršenja naredbe može biti od 1 do 12 ciklusa. MK sa CISC arhitekturom uključuje MK kompanije Intel sa osnovnom gradu MCS-51, koji trenutno podržava brojne proizvođače, MK porodica NS05, NS08 i NS11 motorola i niz drugih.

Sa stajališta organiziranja procesa uzorkovanja i izvršavanja tima u modernoj 8-bitnom MK-u, jedna od dva arhitekture MPS-a već je spomenuta: Nanosi se Nimananovskaya (Princetonian) ili Harvard Region.

Glavna prednost arhitekture pozadine-Neiman je pojednostavljenje MPS uređaja, jer se implementira samo na jednu zajedničku memoriju. Pored toga, upotreba jedinstvene memorijske površine omogućila je brzo preraspodjelu resursa između područja programa i podataka, što je značajno povećalo fleksibilnost IPU-a u smislu programera softvera. Postavljanje snopa u cjelokupnu memoriju olakšana pristup svom sadržaju. Nije slučajno da je pozadinsko-neumakska arhitektura postala glavna arhitektura univerzalni računari, uključujući lične računare.

Činjenica je da sudeći po iskustvu korištenja zastupnika za upravljanje različitim objektima, za provedbu većine algoritama za kontrolu takve prednosti pozadine-nimanovske arhitekture kao fleksibilnosti i svestranosti nisu važna. Analiza stvarnih programa upravljanja pokazala je da je potrebna količina MK podatkovnog memorije koja se koristi za spremanje intermedijarnih rezultata obično je redoslijed veličine manji od potrebne softverske memorije. Pod ovim uvjetima, upotreba jedinstvenog adresnog prostora dovela je do povećanja formata naredbi povećanjem broja ispusta na adresa operanda. Upotreba zasebnih malih podataka preko jačine zvuka podataka doprinijela je smanjenju duljine naredbe i ubrzati pretraživanje informacija u memoriji podataka.

Trenutno su najupečatljiviji predstavnici Microkontrolera SISC-a i RISC-a, a Arhitekture Nimanovske i Harvard su mikrokontroleri I8051 i AVR - Atmel mikrokontroleri, koji za više karakteristika nadmašuju vrlo poznate slike - mikrokontroleri. Stoga smatramo organizaciju i uređaj gore navedenih predstavnika.

2. Specijalni deo

2.1 CISC i RISC procesorska arhitektura

Dvije glavne arhitekture skupa naredbi koje koristi računarska industrija u modernom fazi razvoja računarske opreme su CISC i RISC arhitekture. Osnivač CISC arhitekture - arhitektura sa kompletnim setom naredbi (CISC - kompletni set računala) može se smatrati IBM-om sa osnovnom IBM / 360 arhitekturom, čiji je kernel od 1964. godine i na primjer, dostigao naše dane, na primjer , u takvim modernim glavnim okvirima kao IBM ES / 9000.

Vođa u razvoju mikroprocesora sa punim skupom naredbi se razmatra intel. Sa mikroprocesorima X86 i Pentijumu. Ovo je praktično standard za mikroprocesorski tržište. Jednostavnost arhitekture RISC procesora pruža svoju kompaktnost, praktično nepostojanje problema sa hlađenjem kristala, što nije u procesorima Intelovih procesora, uporno se pridržava razvoja CISC-a. Formiranje strategije CISC-arhitekture došlo je zbog tehnološke mogućnosti prenosa obrade podataka "Centar gravitacije" sa razine softvera u sistem na hardver, jer se glavna puta efikasnosti za CISC računar vidjela prvenstveno u pojednostavljivim prevoditeljima i minimiziranje izvršnog modula. Do danas su CISC procesori gotovo monopol na sektoru računarskog tržišta lični računariMeđutim, RISC procesori nisu jednaki u sektoru servera visokih performansi i radnih stanica. Glavne karakteristike RISC arhitekture sa sličnim karakterom, karakteristike CISC arhitekture prikazane su na sljedeći način (Tabela 1):

Tabela 1. Osnovne karakteristike arhitekture

Jedna od važnih prednosti RISC arhitekture je velika brzina aritmetičkih proračuna. RISC procesori bili su prvi koji su postigli traku najčešćih IEEE 754 standardnih postavki 32-bitnog formata za predstavljanje brojeva sa fiksnom tačkom i 64-bitnom "Potpunom preciznom" formatu za brojeve plutajućih točaka. Performanse velike brzine aritmetičke operacije U kombinaciji sa velikom tačnošću proračuna pruža RISC procesore bezuvjetne vodstvo u brzini u odnosu na CISC procesore.

Druga karakteristika RISC procesora je kompleks sredstava koja osiguravaju rad aritmetičkih uređaja: mehanizam za dinamičko predviđanje podružnica, veliki broj operativnih registara, višeslojne ugrađene memorije keširanja.

Organizacija strukture registra je glavna prednost i glavni problem RISC-a. Gotovo svaka primjena RISC arhitekture koristi operacije za obradu u tri sjedala, u kojima rezultat i dva operanda imaju neovisno obraćanje - R1: \u003d R2, R3. To vam omogućuje odabir operanda iz adresibilnih operativnih registara bez značajnog vremena provođenja i upišite rezultat rada u registar. Pored toga, trostruke operacije pružaju prevodilac za veću fleksibilnost u odnosu na uzorak tipa "Registracija-memorija" od arhitekture CISC-a. U kombinaciji s brzim aritmetičkim operativnim radom "Register - Registriranje" postaju vrlo moćan način poboljšanja performansi procesora.

Istovremeno, podrška za registre je Ahilova peta RISC arhitektura. Problem je što se u procesu izvršenja zadatka RISC sistem više puta primorani da ažurira sadržaj procesorskih registara i u minimalnom vremenu tako da ne uzrokuje dugotrajno vrijeme aritmetičkog uređaja. Za CISC sisteme takav problem ne postoji, jer se modifikacija registara može dogoditi na pozadini obrade naredbe formatske formatiranja "Memory-Memory".

Postoje dva pristupa rješavanju problema modifikacijskih registara u RISC-u: hardver predložen u projektima RISC-1 i RISC-2, a program koji je razvio stručnjaci za IVM i stručnjake za Univerzitet. Glavna razlika između njih je da se hardversko rješenje temelji na želji za smanjenjem vremena za pozivanje postupaka instaliranjem dodatne procesorske opreme, dok softversko rešenje Zasnovan je na mogućnostima prevodilaca i ekonomičnije je sa stanovišta opreme za procesorsku opremu.

2.2 RISC arhitektura.

Na 70-ima 20. stoljeća naučnici su iznijeli revolucionarnu ideju o stvaranju mikroprocesora, "razumevanja" samo minimalni mogući broj timova.

Plan RISC procesora (Smanjeno računalo za upute, računar sa smanjenim setom timova) rođen je kao rezultat praktičnog istraživanja frekvencije korištenja timova od strane programera koji su provedeni u 70-ima u Sjedinjenim Državama i Engleskoj. Njihov direktan ishod je poznato "pravilo 80/20": u 80% tipičnog koda aplikacije, koristi se samo 20% najjednostavnijih strojnih naredbi iz cijelog dostupnog skupa.

Prvi "pravi" RISC procesor sa 31 ekipe stvoren je pod vodstvom Davida Pattersona sa Univerziteta u Berkeleyu, a zatim je pratio procesor sa skupom 39 timova. Uključili su 20-50 hiljada tranzistora. Pattersonovo voće koristilo je kompaniju Sun Microsystems, koja je razvila Sparc Architecture sa 75 timova u kasnim 70-ima. 1981. godine, počeo je projekt MIPS-a za izdanje RISC procesora sa 39 timova na Univerzitetu Stanford. Kao rezultat toga, Mips Computer Corporation osnovana je sredinom 1980-ih, a sljedeći procesor izgrađen je sa 74 tima.

Prema neovisnom IDC kompaniji, 1992., Arhitektura SPARC-a zauzela je 56% tržišta, a zatim slijedila mipa - 15% i PA-RISC - 12,2%

Otprilike u isto vrijeme, Intel je razvio seriju od 80386, najnovije "istinite" CISC procesore u porodici IA-32. Posljednji put poboljšanje performansi postignuto je samo komplicirajućim procesorom: Od 16-bitnog pretvorenog u 32-bitnu, dodatne hardverske komponente podržane virtualno memorije, a dodani su virtualna memorija, a dodani su virtualnu memoriju, a dodata su virtualna memorija, a dodani su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodata su virtualna memorija, a dodan je niz novih naredbi.

Glavne karakteristike RISC procesora:

Skraćeni skup naredbi (od 80 do 150 naredbi).

Većina timova se izvodi za 1 takt.

Veliki broj registara opšte namjene.

Prisutnost krutih višestepenih transportera.

Sve naredbe imaju jednostavan format, a koristi se nekoliko metoda adresiranja.

Prisutnost prometne odvojene predmemorije.

Upotreba optimizacije prevoditelja koja analizira izvorni kod i djelomično mijenja redoslijed naredbi.

RISC procesori treće generacije

Najveći programeri RISC procesora smatraju se suncem mikrosistemima (SPARC arhitektura - Ultra Sparc), IBM (Power Multi-Chisty procesori, jednokratni Powerpc - PowerPC 620), digitalna oprema (Alpha - Alpha 21164), Mips Technologies (RXX00 - R 100.000 Porodica), kao i Hewlett-Packard (PA-RISC - PA-8000 arhitektura).

Svi RISC procesori treće generacije:

su 64-bitni i supercaling (ne manje od 4 ekipe po taktu);

imaju ugrađene transportne blokove plutajuće aritmetike;

imaju memoriju predmemorije s više nivoa. Većina RISC procesora predmemoriraju pred-dekodirane naredbe;

proizvode se u CMOS tehnologiji sa 4 sloja metalizacije.

Za obradu podataka primjenjuje se algoritam za dinamičko predviđanje podružnica i metodu preraspodjele registara, što vam omogućava da implementirate izvanredno izvršavanje naredbi.

Povećanje performansi RISC procesora postiže se povećanjem frekvencije sata i komplikacija kristalne sheme. Predstavnici prvog pravca su alfa procesori kompanije Dec, najteže ostaje Hewlett-Packard procesori.

Smanjenje skupa strojnih naredbi u arhitekturi RISC-a omogućilo je postavljanje velikog broja registara opće namjene na Computing Core Crystal. Povećanje broja registara opšte namjene omogućilo je minimiziranje pristupa spore RAM-u, napuštajući RAM-u da radi sa RAM-om samo za čitanje podataka iz RAM-a u Registriranje i bilježenje podataka u registru koriste se sve ostale strojne komande Namjenski registri.

Glavne prednosti RISC arhitekture su sljedeća svojstva:

Veliki broj registra opće namjene.

Univerzalni format svih mikroeracija.

Jednako vrijeme za obavljanje svih strojnih naredbi.

Gotovo sve transakcije prijenosa podataka vrše se u registru rute - Registrujte se.

Jednostavno vrijeme izvršenja svih strojnih naredbi omogućava vam obradu protoka naredbi upute na principu transportera, I.E. Izvodi se sinhronizacija hardverskih dijelova, uzimajući u obzir sekvencijalni prijenos kontrole iz jednog hardverskog bloka u drugi.

Hardverski blokovi u arhitekturi RISC-a:

Jedinica za učitavanje uputstva uključuje sljedeće komponente: Uputstvo za upute iz memorije upute, registar uputstava, gdje se uputa postavlja nakon njegovog uzorka i jedinice za dekodiranje instrukcija. Ova faza se naziva faza uzorkovanja pouke.

Registri opće namjene u kombinaciji sa kontrolnim blokovima registra formiraju drugu fazu transportera koji je odgovoran za čitanje operanda s uputama. Operandi se mogu pohraniti u samom uputama ili u jednom od registarskih namena. Ova faza se naziva korak uzorkovanja operanda.

Aritmetički logički uređaj i, ako se ova arhitektura provodi, baterija, zajedno sa kontrolnom logikom, koja se na temelju sadržaja registra upute određuje vrstu mikro-rada. Izvor podataka Pored registra upute mogu biti naredbeni brojač, prilikom obavljanja uslovne ili bezuvjetne prijelazne mikro operacije. Ova faza se naziva izvršna faza transportera.

Set registara opće namjene, evidencija logika, a ponekad iz RAM-a čine nivo za pohranu podataka. U ovoj fazi rezultati uputstava zabilježeni su u registrima opće namjene ili u glavnoj memoriji.

Međutim, po vremenu razvoja arhitekture RISC-a, Intel X86 arhitekture, napravljena na principu CISC arhitekture, bio je industrijski standard mikroprocesora de facto. Prisutnost velikog broja programa napisanih pod arhitekturom Intel X86 učinila je nemogući ogromni računalni prijelaz na RISC arhitekturu. Iz tog razloga, glavno područje korištenja arhitekture RISC-a bilo je mikrokontrolera, zbog činjenice da nisu bili vezani za postojeći softver. Pored toga, neki proizvođači EMM-a koji je vodio IBM počeli su proizvoditi i računare izgrađene od strane RISC arhitekture, međutim, nekompatibilnost softvera između Intel X86 i RISC arhitekture u velikoj mjeri ograničila je širenje potonjeg.

Međutim, prednosti RISC arhitekture bile su toliko značajne da su inženjeri pronašli način da odlaze u kalkulatore koje je napravila RISC arhitektura, a ne odbijajući da postoji softver. Kernel najmoderniji mikroprocesori koji podržavaju Intel X86 arhitekturu izrađuje RISC arhitektura uz podršku za preradu multicarone transporte. Mikroprocesor prima upute u ulazu Intel X86, zamjenjujući ga s nekoliko (do 4) uputstava RISC-a.

Dakle, jezgra najmodernijih mikroprocesora koji počinju sa Intel 486DX, izrađuje RISC arhitektura uz podršku za vanjsko Intel X86 sučelje. Pored toga, ogromna većina mikrokontrolera, kao i neki mikroprocesori proizvodi arhitektura RISC.

U modernom RISC procesoru ne koristi se manje od 32 registra, često

više od 100, dok u klasičnom TSMM-u obično 8-16 generalnih registara

odredište. Kao rezultat toga, procesor iznosi 20% -30% manje se odnosi na

rAM, koji je takođe povećao brzinu obrade podataka. Osim toga

pored toga, prisustvo velikog broja registara pojednostavljuje rad prevodilaca na distribuciju registara pod varijablama. Topologija procesora izvedenog u obliku jednog integriranog kruga bila je pojednostavljena, smanjena je vremena njegovog razvoja, postala je jeftinija.

Nakon pojave RISC procesora, primili su tradicionalni procesori

oznaka CISC-a - odnosno sa kompletnim setom naredbi (kompletni instrukcija postavlja računar).

Trenutno su RISC procesori bili rasprostranjeni. Moderni RISC procesori su karakterizirani

sljedeći:

pojednostavljeni skup timova;

koriste se naredbe fiksne i fiksne formata,

jednostavni načini za adresu, što vam omogućava pojednostavljenje logike naredbi dekodiranja;

većina naredbi se izvodi za jedan ciklus procesora;

logično izvršavanje naredbi kako bi se povećala produktivnost

fokusiran na hardver, a ne na implementaciju firmvera,

ne postoje makro makro, komplicira strukturu procesora i

smanjena brzina svog rada;

rAM je ograničen na operacije

prijenos podataka;

za obradu, u pravilu su to koriste timovi s tri zvjezdice

pored pojednostavljenja dešifriranja omogućava da se održava više

broj varijabli u registrima bez njihovog sljedećeg ponovnog pokretanja;

stvorio transporter naredbi, koji omogućava da obradi nekoliko njih

istovremeno;

prisutnost velikog broja registara;

koristila se u velikoj brzini memorije.

U RISC procesorima, obrada naredbe mašine podijeljena je u

nekoliko koraka, svaka faza služi pojedinim hardverom

sredstva i organizirani prijenos podataka iz jedne faze do sljedeće.

Ova produktivnost se povećava zbog činjenice da se ujedno ujedno nekoliko naredbi izvode na različitim fazama transportera.

Izvršenje tipičnog tima može se podijeliti u sljedeće korake:

uzorkovanje ako - na adresi navedenu od strane naredbenog metra, naredba se preuzima iz memorije;

2) dekodiranje naredbe ID - razjašnjenje njegovog značenja, uzorak operanda iz registara;

3) izvršenje bivšeg rada, ako je potrebno da se odnosi na memoriju - izračunavanje fizičke adrese;

4) apel za mene Memori;

5) Sjećanje na rezultate WB

U prerađivačima s RISC arhitekturom, skup izvršnih naredbi svodi se na minimum. Da biste implementirali složenije operacije, morate kombinirati naredbe. U ovom slučaju sve naredbe imaju fiksni oblik duljine (na primjer, 12, 14 ili 16 bita), odabir naredbe iz memorije i njegovog izvršenja vrši se u jednom ciklusu (taktom) sinhronizacije. Komandni sistem RISC procesora uključuje mogućnost jednake upotrebe svih registara procesora. To pruža dodatnu fleksibilnost u obavljanju više operacija. MK sa RISC procesorom uključuje AVR AVR AVR, MK PIC16 i PIC17 firme mikročipa i drugih.

Na prvi pogled, MK s RISC procesorom trebao bi imati veće performanse u odnosu na CISC MK s istim frekvencijom sata unutarnjeg autoputa. Međutim, u praksi je pitanje učinka složenije i dvosmisleno.

Sl.2 Struktura MK sa RISC arhitekturom

Harvard Architecture gotovo se ne koristi do kraja 70-ih, dok proizvođači MK nisu razumjeli da određene prednosti daje programerima autonomne kontrolne sustave.

Činjenica je da sudeći po iskustvu korištenja zastupnika za upravljanje različitim objektima, za provedbu većine algoritama za kontrolu takve prednosti pozadine-nimanovske arhitekture kao fleksibilnosti i svestranosti nisu važna. Analiza stvarnih programa upravljanja pokazala je da je potrebna količina MK podatkovnog memorije koja se koristi za spremanje intermedijarnih rezultata obično je redoslijed veličine manji od potrebne softverske memorije. Pod ovim uvjetima, upotreba jedinstvenog adresnog prostora dovela je do povećanja formata naredbi povećanjem broja ispuštanja za rješavanje operabinama. Upotreba zasebnih malih podataka preko jačine zvuka podataka doprinijela je smanjenju duljine naredbe i ubrzati pretraživanje informacija u memoriji podataka.

Pored toga, Harvard Architecture pruža potencijalno veću brzinu programa u odnosu na Neumanovsku pozadinu zbog mogućnosti provedbe paralelnih operacija. Odabir sljedeće naredbe može se pojaviti istovremeno s prethodnim, a ne treba zaustaviti procesor u vrijeme uzorkovanja naredbi. Ova metoda implementacije operacija omogućava osiguranje izvršenja različitih naredbi za isti broj satova, što omogućava lako određivanje vremena izvršenja ciklusa i kritičnih odjeljaka programa.

Većina proizvođača moderne 8-bitne MK koristi Harvard Architecture. Međutim, Harvard Architecture nije dovoljno fleksibilan za implementaciju nekih programskih postupaka. Stoga bi trebalo izvršiti usporedbu MK-a, izrađene u skladu s različitim arhitekture, u odnosu na određenu primjenu.

2.3 Mikrokontroler sa RISC arhitekturom

PIC16C71 odnosi se na porodicu CMOS mikrokontrolera. Karakterizira se u tome da ima interni 1K X 14 bita EPROM za programe, 8-bitne podatke i 64 - bajt ugrađenog analognog-digitalnog pretvarača. Različit sa niskim troškovima i visokim performansama.

Korisnici koji su upoznati sa porodicom PIC16C5X mogu vidjeti

detaljni popis razstikih novih iz prethodno proizvedenih kontrolera.

Sve naredbe sastoje se od jedne riječi (14-bitna širina) i izvršavaju se u jednom ciklusu (200 N na 20 MHz), osim za tranzicijske naredbe koje se izvode u dva ciklusa (400 NS).

Pic16c71 ima prekid koji se pokreće iz četiri izvora i

hardversko hardversko hardversko stanje.

Periferne jedinice uključuju 8-bitni tajmer / brojilo sa 8-bitnim

programibilni preliminarni razdjelnik (zapravo 16 - bitni tajmer),

13 linija dvosmjerne I / O i osam bitnog ADC-a. Visoko

nosivost (25 mA max. tekuća struja, 20 mA max. teče

trenutno) ulazno / izlazne linije pojednostavljuju vanjske upravljačke programe i tako se smanjuje

ukupni trošak sistema.

ADC ima četiri kanala, šemu uzorkovanja i skladištenja, rješavajući sposobnost 8

bit s greškom ne više od jednog mlađeg pražnjenja. Prosječno vrijeme

pretvaranje 30 μs, uključujući vrijeme uzorkovanja.

Serija PIC16C71 pogodna je za širok spektar aplikacija aplikacija.

upravljanje automobilskim i električnim motorom velike brzine do ekonomičnih udaljenih primopredajnika, prikazujući uređaje i povezani

procesori. Prisutnost ROM-a omogućava vam podešavanje parametara u primijenjeno

programi (kodovi odašiljača, brzina motora, frekvencija prijemnika itd.).

Male veličine kućišta, i za redovne i površinske montaže, čini ovu seriju mikrokontrolera pogodnih za prijenosne aplikacije.

Niska cijena, ekonomičnost, brzina, jednostavna upotreba i I / O Fleksibilnost čini PIC16C71 atraktivnom čak i u područjima u kojima se mikrokontroleri nisu korišteni. Na primjer, tajmeri, zamjenjujući kruti logiku u velikim sustavima, koprocesorima.

MicroController ima:

samo 35 jednostavnih naredbi;

sve naredbe se izvode u jednom ciklusu (200N), osim za tranzicijske naredbe - 2

ciklus;

radna frekvencija 0 Hz ... 20 MHz (min 200 NS ciklus tima)

14 - bitne naredbe;

8 - bitni podaci;

36 X 8 registarskih korisnika;

15 SFR specijalnih hardverskih registara;

hardversko hardversko hardversko stanje;

direktan, indirektan i relativan adresiranje podataka i timova;

Četiri izvora prekida:

vanjski unos Int.

timer prelive RTCC

prekinuti prilikom dovršetka analognog digitalnog pretvorbe

prekinite prilikom promjene signala na portnim linijama B.

Perifer, ulaz i zaključak mikrokontrolera ima:

13 ulaznih izlaznih linija s pojedinačnim postavkom;

tekuće / tekuće struje za kontrolu LED-ova

. Max tekuća struja - 25 mA

. Max tekuća struja - 20 mA

8 - bitni brojač tajmera / RTCC sa 8-bitnim programabilnim preliminarnim razdjelnikom;

aDC modul:

4 multipleksirani analogni ulazi spojeni na jedan

analogni digitalni pretvarač

Šema uzorkovanja \\ Skladištenje

vrijeme konverzije - 20 μs na kanalu

pretvarač - 8 bita, sa greškom + -1 LSB

ulaz za vanjski referentni napon VREF (VREF<= Vdd)

raspon ulaza analognih signala iz VS-a do VREF

automatsko resetiranje kada se uključi;

uključivanje tajmera tokom pražnjenja;

pokretanje generatora;

WatchDog WDT tajmer sa vlastitim ugrađenim generatorom koji pruža

povećana pouzdanost;

Eprom Secrecijsko bit za zaštitu koda;

ekonomski način spavanja;

odabir bitova za podešavanje načina uzbuđenja ugrađenog generatora:

RC generator RC.

normalni kvarcni XT rezonator

kvarcni rezonator visoke frekvencije HS

ekonomičan kristal niske frekvencije LP

ugrađeni uređaj za samoprogramiranje programa,

koriste se samo dvije noge.

Oznake nogu i njihova funkcionalna svrha:

RA4 / RTCC - ulaz putem okidača

Schmidt. I / O portlet sa

otvorite ulaz za zalihe ili frekvenciju

rTCC tajmer / metar.

RA0 / AIN0 - dvosmjerni I / O linija.

Analogni kanal ulaz 0.

RA1 / AIN1 - dvosmjerni I / O linija.

Analogni kanal 1.

Kako digitalni ulaz ima TTL nivoe.

RA2 / AIN2 - dvosmjerni I / Oline.

Ulaz analognog kanala 2.

Kako digitalni ulaz ima TTL nivoe.

RA3 / AIN3 / VREF - dvosmjerni I / O linija.

RB0 / Int - dvosmjerna linija port

izlazni ili vanjski unos prekida.

RB1 - RB5 - dvosmjerne ulazne linije /

izlaz.

RB6 - dvosmjerne ulazne linije /

izlaz.

RB7 - dvosmjerne ulazne linije /

izlaz.

/ MCLR / VPP - Nizak na ovome

ulaz stvara signal resetiranja

za regulator. Aktivno nisko.

Ulazak kroz Schmidt okidač.

OSC1 - za povezivanje kvarca, RC ili ulaz vanjske frekvencije sata.

OSC2 - Generator, prinosni sat

Clkout - frekvencije u RC načinu generatora, u drugim slučajevima - za stup. kvarc

VDD napajanje.

VSS - Komunikacija (zemlja).

Zaključak

U ovom tečaju smatraju se mikrokontroleri sa RISC-om i CISC arhitekturom. Rimska arhitektura smatrala se detaljnijem i tačnijem. Klasifikacija, struktura mikrokontrolera, strukture

procesorsko jezgro mikrokontrolera, glavne karakteristike RISC arhitekture.

Do danas postoji više od 200 modifikacija mikrokontrolera kompatibilnih s I8051 koje su proizvele dvije desetine kompanija, te veliki broj mikrokontrolera drugih vrsta. Programeri su popularni sa 8-bitnom mikročip tehnologijom i AVR AVR PIC mikrokontrolerima, šesnaest godina MSP430 firmi TI, kao i ARM, čija arhitektura razvija ruku i prodaje licence za njihovu proizvodnju, prerađivače - mikrokontrolere.

Prilikom dizajniranja mikrokontrolera potrebno je poštivati \u200b\u200bravnotežu između veličina i troškova na jednoj strani i fleksibilnosti i performansi na drugom. Za različite aplikacije optimalni omjer ovih i drugih parametara može se jako razlikovati. Stoga se nalaze ogroman broj vrsta mikrokontrolera koji se razlikuju u arhitekturi modula procesora, veličini i vrsti integrirane memorije, skupu perifernih uređaja, vrsti kućišta itd.

Spisak polovne književnosti

1. "?????? ????????????????? ???????", ?????? ?.?. ??????? ? ?.?. ????????????.

2. "??????????? ?????????????? ??????". ?????? "????? ? ?????" 1990 ?. ????? ?.?. ???????.

3. "??????????-?????????????? ?????? ? ???????". ?????? "????? ? ?????" 1991 ?. ?????? ?.?. ?????.

Slični dokumenti

    Mikrokontroleri - mikrokirciti namijenjeni kontroli elektroničkih uređaja, njihovu klasifikaciju. Struktura procesorskog jezgre mikrokontrolera, glavne karakteristike koje određuju njegove performanse. CISC i RISC arhitektura procesora.

    kurs, dodano 03.10.2010

    MicroController (MCU) je mikrokircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja. Mogu se naći u mnogim modernim uređajima, uključujući domaće. Razmatranje arhitekture različitih mikrokontrolera, jezgra, sjećanja, snage, periferije.

    sažetak, dodano 24.12.2010

    Struktura fragmenta procesora. Funkcionalni sastav jedinice procesora. Ulazni / izlazni signali distributera. Kontrolno firmver za naredbu. Kontrola i sinhronizacija uređaja, princip njegovog rada. Ulazni portovi, izlaz mikrokontrolera.

    kursevi, dodani 17.04.2015

    Mikrokontroler je računar na jednom čipu, njegova svrha upravljanja elektroničkim uređajima u skladu sa postavljenim programom. Programiranje mikrokontrolera, krug priključnog kruga. Provedba programa na mikrokontroleru.

    kurs, dodano 21.02.2011

    Mikrokontroler kao čip dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja, njegove strukture i kompozitnih elemenata, opsega i prevalencije. Moore zakon. Simbolični programi uklanjanja pogrešaka za MK. Podaci u programima sastavljača.

    rad kursa, dodano 11.12.2010

    Namjena i radnim uvjetima LED uređaja na MK Attiny 15. Mikrokontroler je kao mikrocircuit dizajniran za kontrolu elektroničkih uređaja. Opravdanje njegove upotrebe. Razvoj blok dijagrama LED uređaja.

    kursni rad, dodano 04.04.2015

    Dizajniranje procesorskog modula - neovisan uređaj, koji u skladu s ulaznim podacima vrši jednu od dvije radnje: množenje cijelih brojeva nepotpisanih brojeva i transformaciju binarnog-decimalnog broja u binarni. Dizajn M-Machine.

    kursev rad, dodano 06/16/2011

    Koncept i vrste mikrokontrolera. Značajke programiranja mikroprocesorskih sistema, izgradnju sistema za upravljanje kemijskim procesima. Studija arhitekture AVR mikrokontrolera AVR i izgradnju na svojoj bazi Arduino platforme.

    kursni rad, dodana 13.01.2011

    Izrada sučelja i rafinirani strukturni krug, modul procesora, memorije i ulaz / izlazni podsistemi, algoritam softvera. Procjena softvera i memorije podataka. Struktura adresnog prostora. Organizacija tastature i indikacija.

    kurs, dodano 08.09.2015

    Izvođenje dinamičkih memorijskih stavki za lične računare u obliku čipsa. Matrix memorijska struktura čipa na modulu. Dip - mikrocircuit sa dva reda kontakata sa obje strane kućišta. Posebne oznake na kućištu memorijske module.

Slični članci